Наталья Цепенко родилась 4 ноября 1971 года в поселке городского типа Кулунда, Алтайский край. В 1993 году, девушка окончила Барнаульский государственный педагогический институт по специальности «учитель физики, информатики и ВТ». Активную трудовую деятельность, начала в Кулундинском учебно - производственном пункте.
В период с 1994 по 2017 год, Цепенко занимала должность учителя физики Кулундинской средней школы №3. учителем физики. Являлась руководителем районного методического объединения учителей физики. Так же, входила в состав краевой методической комиссии.
С сентября 2017 года, замещала должность учителя физики в Кулундинской средней общеобразовательной школе №1.
В 2018 году, перешла на должность редактора районной газеты «Новости Кулунды».
Параллельно с трудовой и научной деятельностью, Наталья Цепенко принимает непосредственное участие в политической жизни родного региона. Избиралась депутатом Собрания депутатов Кулундинского района, где занимала пост заместителя председателя комиссии по социальным вопросам.
Впоследствии, 18 сентября 2018 года, Цепенко Наталья Владимировна избрана депутатом Алтайского Краевого Законодательного Собрания VII созыва по краевому списку политической партии «Единая Россия» от избирательного округа №2.
Не замужем. Воспитывает двоих детей.